試驗(yàn)速率對(duì)鋼材力學(xué)性能影響的探討

楊 凱，劉 靜，王宏剛，姚宗良

（陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司，陜西 勉縣724200）

1 研究的背景及意義

隨著鋼鐵企業(yè)的集團(tuán)化發(fā)展，大型鋼鐵企業(yè)產(chǎn)量增加，如何提高鋼鐵企業(yè)檢化驗(yàn)準(zhǔn)確性和及時(shí)性是關(guān)鍵。對(duì)于力學(xué)性能檢測(cè)來(lái)說(shuō)，提高試驗(yàn)速率無(wú)疑是提高力學(xué)性能檢測(cè)及時(shí)性的重要環(huán)節(jié)，但試驗(yàn)速率的提高就會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。為加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，定量給出試驗(yàn)速率對(duì)HRB400E鋼種屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度的影響值。進(jìn)一步為解決因試驗(yàn)速率過(guò)高而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和因試驗(yàn)速率過(guò)低而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的及時(shí)性的問(wèn)題，本文主要參照國(guó)標(biāo)GB/T228.1-2010中對(duì)試驗(yàn)速率規(guī)定的范圍，給出適合鋼鐵企業(yè)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)的試驗(yàn)速率值。

對(duì)于一個(gè)年產(chǎn)1000萬(wàn)噸的鋼鐵企業(yè)來(lái)說(shuō)，一年大約需要力學(xué)性能檢測(cè)33.3萬(wàn)支（1000萬(wàn)噸/60噸*2=33.3萬(wàn)支）試樣:如果以40mm/min的試驗(yàn)速率進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，每一支樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)大約需要3min，但以60mm/min的試驗(yàn)速率進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，每一支試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)大約需要2.3min這樣就節(jié)約了42s，一年下來(lái)就節(jié)約1618.75天（42s/支*33.3萬(wàn)支/（3600*24））。本文的另外一項(xiàng)研究意義，就是在滿足實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制的前提下，提高試驗(yàn)速率，縮短試驗(yàn)時(shí)間，減少人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，型號(hào)：WAW-1000，試驗(yàn)機(jī)精度等級(jí)0.5，生產(chǎn)廠家：上海三思縱橫機(jī)械制造有限公司。

3 試驗(yàn)方法

（1）取HRB400E鋼種Φ20規(guī)格試樣，在同一規(guī)格和同一個(gè)批次上抽取10根9米定尺，在每根定尺上截取20根長(zhǎng)度為450mm的樣品，共80支。分為10組，每組20支。

（2）試驗(yàn)速率的采用應(yīng)變速率控制，通過(guò)控制平行長(zhǎng)度與應(yīng)變速率相乘得到橫梁位移速率來(lái)實(shí)現(xiàn)，即VC=LC*eLC，將每組樣品在WAW-1000型電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)采用分別 以 10mm/min、20mm/min、30mm/min、40mm/min、50mm/min、60mm/min、70mm/min、80mm/min、的試驗(yàn)速率進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。

（3）對(duì)在不同試驗(yàn)速率下進(jìn)行的拉伸試驗(yàn)，記錄屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度數(shù)據(jù)。

4 試樣的化學(xué)成分

表1 化學(xué)成分

5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

Φ20HRB400E鋼種不同試驗(yàn)速率下試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如表2所示：

表3是對(duì)表2的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理（每組試驗(yàn)結(jié)果的平均值），從表3可以看出試驗(yàn)速率每增加10mm/min，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度就增加2Mpa左右。

圖1 Φ20HRB400E鋼種不同試驗(yàn)速率下力學(xué)性能變化圖

圖1 明顯反映了屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度隨試驗(yàn)速率的增大而增大。

表2 Φ20HRB400E試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 Φ20HRB400E試驗(yàn)數(shù)據(jù)

6 結(jié)論

試驗(yàn)表明：屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度隨試驗(yàn)速率的增大而增大；試驗(yàn)速率每增加10mm/min，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度就增加2Mpa左右；通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析建議鋼鐵企業(yè)實(shí)驗(yàn)室采用60mm/min的試驗(yàn)速率進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)。